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摘要：室温采集是供热企业整体掌握供热情况的判断依据，本设计通过高精度温度传感器进行用户的室温采集并存储在本地数据存储器中，可通过GPRS把数据传输到服务器，采用低功耗设计，本地LCD液晶显示温度、时间及信号强度，本设计已成功应用在供热计量系统中。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/281887.htm
关键词：室温采集；MSP430F149；M590
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.011
安阳工学院校青年科研基金项目（基金号：ACJKY-1336）
郭丽霞（1979-），硕士，研究方向：嵌入式系统。
引言
为解决城镇供热企业在供热过程中遇到的用户室温度不易采集问题。本文根据实际的企业需求研发了无线用户室温采集仪系统，实现用户与供热企业的有效联系，使供热企业能够真实掌握用户室内温度变化情况，及时了解供热效果，为供热企业合理执行政策和避免能源浪费提供科学的管理依据，从而提高供热服务质量。
总体设计特点
在进行室温无线采集节点设计时，本文考虑到其具有如下特点：1低功耗，温度采集要在整个供暖期间进行使用，为了保证采集到的数据的完整性，避免充电次数，所以必须设计成低功耗产品。2无线传输，考虑到应用的分散性，本设计采用通过GPRS进行传输，不用考虑的居民小区的无线网络的布置。3数据存储，按企业对采集点的数据要求，每小时温度数据都有完整，本设计把每小时的温度数据存储在EEPROM里，避免数据的丢失。
硬件设计
采用MSP430为控制器，原因是MSP340在低功耗省电方面表现出色，并且在恶劣条件下工作性能稳定
2.1结构框图
如图1所示。
2.2主要芯片介绍
2.2.1MSP430的特点
TI工公司的MSP430单片机具有超低功耗特点的16位单片机，在此选用MSP430F149其功耗已经达到了微安级。（1）功能强大的CPU内核：16位CPU和高效的RISC于指令系统，无外扩的数据地址总线，在8MHz时可达到125nS的指令周期，具有16个快速响应中断，能及时处理各种紧急事件。（2）丰富的片内外围功能模块：12位的A/D转换器ADC12，ADC12模块内包括采样/保持功能的ADC内核、转换存储逻辑、内部参考电平发生器、多种时钟源、采样及转换时序电路。有8个外通道，4个内通道.高达200kbps的采样速率，多种采样方式。两路USART通讯串口，可用于UART模式和SPI工模式：片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器，6个并行口Pl-P6， 48条I/O口线，其中P1，P2具有中断能力。（3）多种节能模式：其中LPM 4数据保持模式仅耗电0.1uA，工作状态耗电为200uA。从低功耗模式到工作状态只需以6uS。其具有64K的FLASH，用于存储采集数据。
2.2.2
M590介绍
M590通信模块是一款Dual Band的GSM/GPRS工业无线模块2，提供短信、数据业务等功能，在各种工业和民用领域得到广泛的应用。特点：
双频：900/1800MHz网络兼容性好；
经全球认证的GPRS；
R4协议工作温度：-40～+80℃超宽工作温度，户外应用更安全；
可靠性高：特殊EMI/EMC设计，适用于恶劣电磁环境；
支持多种协议栈：TCP/UDP/FTP/DNSTCP协议栈支持客户端模式、服务器模式、混合模式支持多路链接。
2.3硬件设计要点
2.3.1
注意硬件电路设计
MSP430通过串口的RXD和TXD和M590相连接。M590电路设计如图2。SIM卡电路设计如图3。
2.3.2
M590硬件设计注意事项
（1）模块采用2.85V的I/O电源系统，所有I/O口的最高输入限制电压最大不能超过3.3V，否则可能损坏模块I/O口。
（2）电源部分设计要特别注意，它除了给模块的数字信号和模拟信号供电外，还给射频功放供电。电源部分的参数，比如负载能力、纹波的大小等，都会直接影响模块的性能和稳定性。在电源电路中，必须增加一个大容量的铝电解电容或者稍小容量的钽电解电容，提高电源的瞬间大电流续流能力，此外在靠近模块的管脚还要增加0.1uF、lOOpF和33pF的滤波电容，以降低射频干扰的影响。
（3）电源部分在PCB中走线要远离射频部分，走线宽度要保证2A的电流安全通过而且不能有明显的回路压降。主电源走线宽度要求大约为2mm左右。电源部分的地平面尽量完整，且多打地孔。
（4）模块主电源上电不能早于外部MCU上电，以防止模块在上电瞬间，MCU的串口处于不稳定状态，导致模块进入错误的运行模式。所以请务必在设计中保证MCU稳定运行后，再控制模块上电，尤其要注意电源模块的使能端的上电默认状态。
（5）PCB的走线方式为：射频线宽度为0.8mm～1.Omm；射频线与铺地的间距为1mm～0.8mm；射频线需要完整包地且要多打地孔（很重要）；射频线对应的背面层需要挖地掏空，射频线走线尽量短（不超过15mm为宜），尽量圆滑，无突起，比如使用弧线或者泪滴，以防止反射。
软件设计
软件开发以IAR Workbench V4.10为开发平台3，采用C语言编写，按照硬件电路设计系统软件编程的基本思路是，对串口、液晶模块、温度传感器进行初始化，软件的主要难点在通过AT指令控制GRPS模块。控制流程如图4。 建立TPC连接的主要代码如下：
BOOL Neo—CreateTCPLink（char*linkStr，int size）
int timeout，//超时次数变量；
if（size<=0） return FALSE；
timeout=0；
N
e
oSendATCommand （linkStr， size）；//发送AT指令建立TCP连接
Delay_ms（1000）；//延时lOOOms；
do
timeout++，
Delay_ms（100）；//延时lOms，
memset（gReaeveBuffer，OxOO，sizeof（gRecieveBuffer））；
Neo_RecieveFromUart（gReaeveBuffer）；//获得返回值信息
if（strstr（（char*）gRecieveBuffer，"+TCPSETUP：O，OK"）>0）
{//判断返回值如果返回+TCPSETUP：O，OK，则跳出循环
break，
）while（timeout<50）；
if（ timeout>=50）
{
return FALSE，//报错；说明TCP链接失败！
return TRUE；
}
服务器接收数据情况如图5（包括采集时刻、错误代码、电池使用情况及信号清强度）
结束语
目前，该测温仪在实际中得到了应用。具有大屏幕LCD显示温度和万年历，对居民来说具有使用价值，有利于设备在居民家里的完整保存，配合充电提示功能，保证了数据的完整传输，对供热企业来说具有供热指导意义。
参考文献：
[1]沈建华，杨艳琴，瞿骁曙MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M]，清华大学出版社，2004
[2]Neo_M590AT指令集V3.11.pdf
[3]杨庆，张瑞峰，基于GSM/GPRs和射频模块人体医学数据监测样机设计[J].电子产品世界，2014（8）；37-39
关键词：室温采集；MSP430F149；M590
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.011
安阳工学院校青年科研基金项目（基金号：ACJKY-1336）
郭丽霞（1979-），硕士，研究方向：嵌入式系统。
引言
为解决城镇供热企业在供热过程中遇到的用户室温度不易采集问题。本文根据实际的企业需求研发了无线用户室温采集仪系统，实现用户与供热企业的有效联系，使供热企业能够真实掌握用户室内温度变化情况，及时了解供热效果，为供热企业合理执行政策和避免能源浪费提供科学的管理依据，从而提高供热服务质量。
总体设计特点
在进行室温无线采集节点设计时，本文考虑到其具有如下特点：1低功耗，温度采集要在整个供暖期间进行使用，为了保证采集到的数据的完整性，避免充电次数，所以必须设计成低功耗产品。2无线传输，考虑到应用的分散性，本设计采用通过GPRS进行传输，不用考虑的居民小区的无线网络的布置。3数据存储，按企业对采集点的数据要求，每小时温度数据都有完整，本设计把每小时的温度数据存储在EEPROM里，避免数据的丢失。
硬件设计
采用MSP430为控制器，原因是MSP340在低功耗省电方面表现出色，并且在恶劣条件下工作性能稳定
2.1结构框图
如图1所示。
2.2主要芯片介绍
2.2.1MSP430的特点
TI工公司的MSP430单片机具有超低功耗特点的16位单片机，在此选用MSP430F149其功耗已经达到了微安级。（1）功能强大的CPU内核：16位CPU和高效的RISC于指令系统，无外扩的数据地址总线，在8MHz时可达到125nS的指令周期，具有16个快速响应中断，能及时处理各种紧急事件。（2）丰富的片内外围功能模块：12位的A/D转换器ADC12，ADC12模块内包括采样/保持功能的ADC内核、转换存储逻辑、内部参考电平发生器、多种时钟源、采样及转换时序电路。有8个外通道，4个内通道.高达200kbps的采样速率，多种采样方式。两路USART通讯串口，可用于UART模式和SPI工模式：片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器，6个并行口Pl-P6， 48条I/O口线，其中P1，P2具有中断能力。（3）多种节能模式：其中LPM 4数据保持模式仅耗电0.1uA，工作状态耗电为200uA。从低功耗模式到工作状态只需以6uS。其具有64K的FLASH，用于存储采集数据。
2.2.2
M590介绍
M590通信模块是一款Dual Band的GSM/GPRS工业无线模块2，提供短信、数据业务等功能，在各种工业和民用领域得到广泛的应用。特点：
双频：900/1800MHz网络兼容性好；
经全球认证的GPRS；
R4协议工作温度：-40～+80℃超宽工作温度，户外应用更安全；
可靠性高：特殊EMI/EMC设计，适用于恶劣电磁环境；
支持多种协议栈：TCP/UDP/FTP/DNSTCP协议栈支持客户端模式、服务器模式、混合模式支持多路链接。
2.3硬件设计要点
2.3.1
注意硬件电路设计
MSP430通过串口的RXD和TXD和M590相连接。M590电路设计如图2。SIM卡电路设计如图3。
2.3.2
M590硬件设计注意事项
（1）模块采用2.85V的I/O电源系统，所有I/O口的最高输入限制电压最大不能超过3.3V，否则可能损坏模块I/O口。
（2）电源部分设计要特别注意，它除了给模块的数字信号和模拟信号供电外，还给射频功放供电。电源部分的参数，比如负载能力、纹波的大小等，都会直接影响模块的性能和稳定性。在电源电路中，必须增加一个大容量的铝电解电容或者稍小容量的钽电解电容，提高电源的瞬间大电流续流能力，此外在靠近模块的管脚还要增加0.1uF、lOOpF和33pF的滤波电容，以降低射频干扰的影响。
（3）电源部分在PCB中走线要远离射频部分，走线宽度要保证2A的电流安全通过而且不能有明显的回路压降。主电源走线宽度要求大约为2mm左右。电源部分的地平面尽量完整，且多打地孔。
（4）模块主电源上电不能早于外部MCU上电，以防止模块在上电瞬间，MCU的串口处于不稳定状态，导致模块进入错误的运行模式。所以请务必在设计中保证MCU稳定运行后，再控制模块上电，尤其要注意电源模块的使能端的上电默认状态。
（5）PCB的走线方式为：射频线宽度为0.8mm～1.Omm；射频线与铺地的间距为1mm～0.8mm；射频线需要完整包地且要多打地孔（很重要）；射频线对应的背面层需要挖地掏空，射频线走线尽量短（不超过15mm为宜），尽量圆滑，无突起，比如使用弧线或者泪滴，以防止反射。
软件设计
软件开发以IAR Workbench V4.10为开发平台3，采用C语言编写，按照硬件电路设计系统软件编程的基本思路是，对串口、液晶模块、温度传感器进行初始化，软件的主要难点在通过AT指令控制GRPS模块。控制流程如图4。 建立TPC连接的主要代码如下：
BOOL Neo—CreateTCPLink（char*linkStr，int size）
int timeout，//超时次数变量；
if（size<=0） return FALSE；
timeout=0；
N
e
oSendATCommand （linkStr， size）；//发送AT指令建立TCP连接
Delay_ms（1000）；//延时lOOOms；
do
timeout++，
Delay_ms（100）；//延时lOms，
memset（gReaeveBuffer，OxOO，sizeof（gRecieveBuffer））；
Neo_RecieveFromUart（gReaeveBuffer）；//获得返回值信息
if（strstr（（char*）gRecieveBuffer，"+TCPSETUP：O，OK"）>0）
{//判断返回值如果返回+TCPSETUP：O，OK，则跳出循环
break，
）while（timeout<50）；
if（ timeout>=50）
{
return FALSE，//报错；说明TCP链接失败！
return TRUE；
}
服务器接收数据情况如图5（包括采集时刻、错误代码、电池使用情况及信号清强度）
结束语
目前，该测温仪在实际中得到了应用。具有大屏幕LCD显示温度和万年历，对居民来说具有使用价值，有利于设备在居民家里的完整保存，配合充电提示功能，保证了数据的完整传输，对供热企业来说具有供热指导意义。
参考文献：
[1]沈建华，杨艳琴，瞿骁曙MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M]，清华大学出版社，2004
[2]Neo_M590AT指令集V3.11.pdf
[3]杨庆，张瑞峰，基于GSM/GPRs和射频模块人体医学数据监测样机设计[J].电子产品世界，2014（8）；37-39